[发明专利]燃料电池用碳载铂钴铬有序结构催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池用碳载铂钴铬有序结构催化剂及其制备方法，属于电化学技术领域，由载体碳和活性组分构成，活性组分包括铂、钴和铬，以质量百分比计，载体碳为60‑80％、铂为10‑20％、钴为10‑20％；铬的质量为载体碳、铂和钴总质量的2‑4％，铂、钴和铬形成原子排布有序的面心立方(fct)结构。本发明的碳载铂钴铬有序结构催化剂具有铂载量低、催化活性高和化学稳定性高等优点，将促进燃料电池进一步发展。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池用碳载铂钴铬有序结构催化剂(碳载原子排布有序铂钴铬催化剂)及其制备方法，属于电化学技术领域。

技术背景

随着化石能源的大量使用，环境问题成为人们关心的热点问题。环境污染已经严重影响到人们的日常生活。

寻找新的清洁能源和能量储存转换装置变得尤为重要。燃料电池作为能量转换装置可以将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能引起了人们的关注。而且它具有能量转换效率高，电流密度高和低污染等优点。

目前，贵金属铂(Pt)催化剂是燃料电池的主要催化剂，但是，目前，贵金属铂(Pt)在地球上储量低，资源短缺，导致价格昂贵。同时，在高压高酸条件下，它的活性和稳定性都不足。这些原因都制约了燃料电池的商业化发展。

因此，研究和开发低铂(Pt)载量、高活性、高稳定的燃料电池催化剂，显得非常的重要。

发明内容

本发明的主要目的之一提供一种制备流程简单，工艺稳定，成本较低，且高活性和高稳定性的低铂(Pt)载量燃料电池催化剂。

为了实现本发明的上述目的，采用以下技术方案：

一种燃料电池用碳载铂钴铬有序结构催化剂，由载体碳和活性组分构成，活性组分为铂、钴和铬；以质量百分比计，载体碳为60-80％、铂为10-20％、钴为10-20％，铬的质量为载体碳、铂和钴总质量的2-4％，所述铂、钴和铬形成原子排布有序的面心立方(fct)结构。

优选地，所述载体碳为XC-72碳黑。

优选地，铬位于碳载铂钴铬有序结构催化剂的表面。

本发明的另一目的是提供上述燃料电池用碳载铂钴铬有序结构催化剂的制备方法。

一种燃料电池用碳载铂钴铬有序结构催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将碳粉溶解在适量去离子水中，加入铂盐和钴盐前驱体，使得混合溶液中的碳、铂离子、钴离子的质量百分比分别为60-80％、10-20％、10-20％，磁力搅拌、超声分散，使混合溶液混合均匀，得到混合溶液；

(2)将步骤(1)得到的混合溶液用烘箱干燥，然后，研磨，得粉末；

(3)将步骤(2)中的粉末，在氢气氩气混合气条件下，利用管式炉进行高温还原，得到碳载铂钴合金催化剂；

(4)将步骤(3)中的碳载铂钴合金催化剂，在氢气氩气混合气条件下，用管式炉进行高温退火，得到有序结构的碳载铂钴催化剂(PtCo/C)；

(5)将步骤(4)中得到的有序结构的碳载铂钴催化剂，超声分散在去离子水中，在常温搅拌条件下，加入铬盐和还原剂，得到碳载铂钴铬有序结构催化剂。

优选地，步骤(1)中，所述的钴盐前驱体为氯化钴，铂盐前驱体为氯铂酸，所述的碳粉为XC-72导电碳黑。

优选地，步骤(1)中，所述的超声分散在室温下进行，超声分散时间为1～1.5h。

优选地，步骤(1)中，所述磁力搅拌的时间为5～10min。

优选的，步骤(1)中，在80mg碳粉中加入8毫升去离子水。